【正文】 第二章 網(wǎng)絡接口層 第二章 網(wǎng)絡接口層 1 物理層 2 數(shù)據(jù)鏈路層 3 本章作業(yè) 1 物理層 基本概念 傳輸媒介 數(shù)據(jù)傳輸 信道復用技術 物理層標準舉例 基本概念 ? 目的： 將數(shù)據(jù)比特流從一臺機器傳輸?shù)搅硪慌_機器 ? 功能： ? 將來自上層的數(shù)據(jù)轉化為適合物理信道的信號 ? 為上層屏蔽物理設備、傳輸媒介和通信方式等的差異 ? 主要任務： 確定與傳輸媒體的接口特性 ? 機械特性 ? 電氣特性 ? 功能特性 ? 規(guī)程特性 基本概念 ? 目的： 將數(shù)據(jù)比特流從一臺機器傳輸?shù)搅硪慌_機器 ? 功能： ? 將來自上層的數(shù)據(jù)轉化為適合物理信道的信號 ? 為上層屏蔽物理設備、傳輸媒介和通信方式等的差異 ? 主要任務： 確定與傳輸媒體的接口特性 ? 機械特性 ? 電氣特性 ? 功能特性 ? 規(guī)程特性 指明接口所采用的接線器的形狀和尺寸、 引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。 基本概念 ? 目的： 將數(shù)據(jù)比特流從一臺機器傳輸?shù)搅硪慌_機器 ? 功能： ? 將來自上層的數(shù)據(jù)轉化為適合物理信道的信號 ? 為上層屏蔽物理設備、傳輸媒介和通信方式等的差異 ? 主要任務： 確定與傳輸媒體的接口特性 ? 機械特性 ? 電氣特性 ? 功能特性 ? 規(guī)程特性 指明接口電纜的各條引線上 出現(xiàn)的信號電平（電壓）的范圍。 基本概念 ? 目的： 將數(shù)據(jù)比特流從一臺機器傳輸?shù)搅硪慌_機器 ? 功能： ? 將來自上層的數(shù)據(jù)轉化為適合物理信道的信號 ? 為上層屏蔽物理設備、傳輸媒介和通信方式等的差異 ? 主要任務： 確定與傳輸媒體的接口特性 ? 機械特性 ? 電氣特性 ? 功能特性 ? 規(guī)程特性 指明某條引線上出現(xiàn)的某一信號電平 的電壓表示何種意義。 基本概念 ? 目的： 將數(shù)據(jù)比特流從一臺機器傳輸?shù)搅硪慌_機器 ? 功能： ? 將來自上層的數(shù)據(jù)轉化為適合物理信道的信號 ? 為上層屏蔽物理設備、傳輸媒介和通信方式等的差異 ? 主要任務： 確定與傳輸媒體的接口特性 ? 機械特性 ? 電氣特性 ? 功能特性 ? 規(guī)程特性 指明對于不同功能的 各種可能事件的出現(xiàn)順序。 基本概念 ? 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 傳輸 系統(tǒng) 輸入信息 輸入數(shù)據(jù) 發(fā)送 的信號 接收 的信號 輸出數(shù)據(jù) 源點 終點 發(fā)送器 接收器 調制解調器 PC 機 公用電話網(wǎng) 調制解調器 數(shù)字比特流 數(shù)字比特流 模擬信號 模擬信號 正文 正文 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 源系統(tǒng) 目的系統(tǒng) 傳輸系統(tǒng) 輸出信息 PC 機 基本概念 ? 數(shù)字信號的傅里葉分析 ? 任何一個周期為 T的有理周期性函數(shù) g(t) 均可分解為若干項（可能無限多項）正弦和余弦函數(shù)之和： 其中： f=1/T是基頻， an、 bn稱為正弦和余弦函數(shù)的 n次諧波的振幅。 ?? ???????11)2c os ()2s i n (21)(nnnn nf tbnf tactg ?? 基本概念 ? 數(shù)字信號的傅里葉分析 ? 任何信號的傳輸都可以理解為以傅里葉級數(shù)的形式傳遞 ? 如每個傅里葉級數(shù)的信號分量被等量衰減，則合成后，振幅有所衰減，基本形狀不變 ? 對任何已知的 g(t)，可求得： dtn f ttgTa Tn )2s in ()(2 0 ???dtn f ttgTb Tn )2co s ()(2 0 ???dttgTc T?? 0 )(2 基本概念 ? 數(shù)字信號的傅里葉分析 ? 諧波數(shù)越高，傳輸質量越好 如傳輸 ASCII字符 b，即 01100010，可求得 )]4/7co s ()4/6co s ()4/3co s ()4/[ co s (1 nnnnna n ????? ????)]4/6s i n ()4/7s i n ()4/s i n ()4/3[ s i n (1 nnnnnb n ????? ????8/3?c 基本概念 ? 數(shù)字信號的傅里葉分析 ?? ???? ??? 11 )2c os ()2s in (21)( n nn n nf tbnf tactg ?? 基本概念 ? 數(shù)據(jù)傳輸率 ? 帶寬 ?帶寬有時又叫吞吐量?！皫挕北緛淼囊馑际侵改硞€信號所具有的頻帶寬度。單位：赫茲 Hz ?周期性矩形脈沖的帶寬 ?對于數(shù)字信道，“帶寬”是指在信道上 (或一段鏈路上 )能夠傳送的數(shù)字信號的速率，即數(shù)據(jù)速率或比特率。 信道帶寬 TfB 1?? 基本概念 ? 數(shù)據(jù)傳輸率 ? 比特率： 數(shù)據(jù)傳輸速率 bps ? 波特率：信號變化次數(shù)（每秒采樣次數(shù)） ?如果信號分為兩級： 0， 1，則波特率 =比特率 ?如果信號分為 4級：則一次信號變化（一次采樣可表示 2比特） ?如果信號分為 V級，則比特率 =log2V波特率 1 0 基本概念 ? 數(shù)據(jù)傳輸率 ? 設波特率 =比特率 =b bps 則發(fā)送 8bit需要 T=8/b秒，因此基頻 f=1/T=b/8 HZ ? 設截止頻率為 F，則最大的諧波次數(shù) n滿足 nf=F，即：n=F/f=8F/b 數(shù)據(jù)傳輸速率（ bps） 300 600 1200 2400 4800 9600 19200 38400 發(fā)送的諧波數(shù)（ n） 80 40 20 10 5 2 1 0 當截止頻率 F為 3000HZ時，傳輸速率與諧波的關系 基本概念 ? 數(shù)據(jù)和信號 ? 數(shù)據(jù)涉及的是事物的表現(xiàn)形式 ? 數(shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種形式 ?模擬數(shù)據(jù)是指在某個時間段產(chǎn)生的連續(xù)的值，例如聲音和視頻、溫度和壓力等都是時間的連續(xù)函數(shù) ?數(shù)字數(shù)據(jù)是指產(chǎn)生的離散的值，例如文本信息和整數(shù) ? 信號是數(shù)據(jù)的表示形式，或稱數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，他使數(shù)據(jù)能以適當?shù)男问皆诮橘|上傳輸 ?信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種基本形式 ?傳輸信號的信道也有模擬信道和數(shù)字信道之分 基本概念 ? 模擬傳輸和數(shù)字傳輸 ? 模擬傳輸：是指模擬數(shù)據(jù)的傳輸，不關心所傳輸信號的內容，只關心盡量減少信號的衰減和噪聲，長距離傳輸時，采用信號放大器放大被衰減的信號，但同時也放大了信號中的噪聲 ? 數(shù)字傳輸：是指數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸，關心信號的內容，可以數(shù)字信號傳輸，也可以模擬信號傳輸，長距離傳輸時，采用轉發(fā)器，可消除噪聲的累積 ? 長距離傳輸時，通常采用的是數(shù)字傳輸 基本概念 ? 奈奎斯特準則 ? 在無噪聲信道中，帶寬為 H Hz，信號電平為 V級，則 : 最高數(shù)據(jù)傳輸速率 =2Hlog2V b/s （信號電平為 V級，在二進制中，僅為 0、 1兩級） 即：以高于每秒 2H次的速度對次線路進行采樣是無意義的，因為高頻分量已被濾波器濾掉而無法再恢復 基本概念 ? 香農定理 ? 在噪聲信道中，帶寬為 H Hz，信噪比為 S/N，則 : 最高數(shù)據(jù)傳輸速率 =Hlog2(1+S/N) b/s 一般用分貝（ dB）表示信噪比 信噪比（ dB） =10log10S/N 如：信噪比為 30dB，則 S/N=1000 基本概念 ? 香農定理 ? 在噪聲信道（話音信道）中，當帶寬為 3500 Hz，信噪比為 30dB（較為典型的電話信道），則 : 最高數(shù)據(jù)傳輸速率 =Hlog2(1+S/N) =3500log2(1+1000) 35000 b/s 最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 35k bps，這是在噪聲信道中的傳輸速率極限，實際上是不可能達到的 ≈ 基本概念 ? 常用術語 ? 數(shù)據(jù) (data)—— 運送信息的實體 ? 信號 (signal)—— 數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn) ?“ 模擬的 ” (analogous)—— 連續(xù)變化的 ?“ 數(shù)字的 ” (digital)—— 取值是離散數(shù)值 ? 調制 —— 把數(shù)字信號轉換為模擬信號的過程 ? 解調 —— 把模擬信號轉換為數(shù)字信號的過程 ? 基帶信號 —— 將數(shù)字信號 1 或 0 直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。 ? 寬帶信號 —— 將基帶信號進行調制后形成的頻分復用模擬信號 基本概念 ? 數(shù)據(jù)與信號的形式 模擬數(shù)據(jù) 模擬信號 放大器 調制器 模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字信號 PCM 編碼器 數(shù)字數(shù)據(jù) 模擬信號 調制器 數(shù)字數(shù)據(jù) 數(shù)字信號 數(shù)字 發(fā)送器 傳輸媒介 傳 輸 媒 介導 向 媒 介非 導 向 媒 介雙 絞 線 電 纜同 軸 電 纜光 纖電 磁 波 傳輸媒介 ? 雙絞線（ Twist Pair， TP） ? 螺旋絞合的雙導線 ? 每根 4對、 25對、 1800對 ? 典型連接距離 100m